报文交换和分组交换.PPT

第3章 数据通信基础 第3章 数据通信基础 3.1 数据通信的理论基础 3.2 数据通信技术 3.3 数据交换技术 3.1 数据通信的理论基础 基本概念 数据 (Data) 是传递消息的实体 信号是运载消息的工具，是消息的载体。 为了使信号能够更好更有效的传输，在传输信号时必须对信号进行调制和解调。 傅里叶分析 傅里叶分析是数字信号处理的基础，它研究如何将一个函数或者信号表达为基本波形的叠加，通过变换，可以将一个信号分解为表征信号频域特性的不同正弦波分量的组合。 傅里叶告诉我们，任何周期函数，都可以看作是不同振幅，不同相位正弦波的叠加。 贯穿时域与频域的方法之一，就是傅里叶分析 有限带宽信号 带宽：信号的带宽是指该信号所包含的各种不同频率成分所占据的频率范围。对于信号处理和传输来说，信号的带宽通常指的是信号的能量集中的频率范围。 在计算机网络中，带宽是指单位时间内能够在线路上传送的数据量，常用的单位是bps(bit per second) 。 几个术语 数据(data)——运送消息的实体。 信号(signal)——数据的电气的或电磁的表现。 “模拟的”(analogous)——代表消息的参数的取值是连续的。 “数字的”(digital)——代表消息的参数的取值是离散的。 码元(code)——在使用时间域（或简称为时域）的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形。 码元 波特率、数据速率 码元速率表示单位时间内信号波形的变换次数，即通过信道传输的码元个数。若信号码元宽度为T秒，则码元速率B=1/T，单位叫波特，这是为了纪念电报码的发明者法国人波特，故码元速率也叫波特率， 数据速率指单位时间内信道上传送的信息量（比特数）。数字信道的通频带（即带宽）决定了信道中能不失真的传输脉冲序列的最高速率，即信道容量。 有关信号的几个基本概念 单工通信——只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。 半双工通信——通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送(当然也就不能同时接收)。 全双工通信——通信的双方可以同时发送和接收信息。 信道的极限容量 任何实际的信道都不是理想的，在传输信号时会产生各种失真以及带来多种干扰。 寻找高性价比传输方式 码元传输的速率越高，或信号传输的距离越远，在信道的输出端的波形的失真就越严重。 信道的最大数据传输速率 信号传输速率是指单位时间内所传输的数据量多少。有两种传输速率的常用单位。 一种是码元速率，单位时间内传输的码元个数，单位为波特（Baud），也称为波特率。若码元的宽度为T秒，则1Baud=1/T。 另一种是数据传输速率，是指单位时间内传输的信息量，单位为比特/秒（b/s或bps），也称为比特率。 数字信号通过实际的信道 有失真，但可识别 失真大，无法识别 信道能够通过的频率范围 在任何信道中，码元传输的速率是有上限的， 1924 年，奈奎斯特(Nyquist)就推导出了著名的奈氏准则。他给出了在假定的理想条件下，为了避免码间串扰，码元的传输速率的上限值。 一个任意信号通过带宽为W(Hz)的低通虑波器，那么每秒采样2W次，就能完整地重现通过这个低通虑波器的信号。 最高码元传输速率＝2W(baud) 例：一个带宽为3kHz理想低通信道， 若完整地重现通过这个带宽的信号，每秒采样6k次： 最高码元传输速率＝2×3kHz＝6000 (baud) 若每秒采样1k次，只能重现带宽为H=500Hz的信号(没有充分利用3kHz的带宽)： 最高码元传输速率＝2×500Hz＝1000 (baud) 最大传输速率=2WLog2N (位/秒) W为带宽,N为信号离散级数 若码元的电平级数为2（即1个码元携带1bit的信息量） 最高数据传输速率＝最高码元传输速率 若码元的信号电平分为N级： 最高数据传输速率＝ 2W log2 N(b/s) 例：一个带宽为3kHz理想低通信道， 若码元的电平级数为4（即1个码元携带2bit的信息量） 最高数据传输速率＝2×3kHz×log2 4＝12 (kb/s) 若码元的电平级数为64（即1个码元携带6bit的信息量） 最高数据传输速率＝2×3kHz×log2 64＝36 (kb/s) 如果信道的频带越宽，也就是能够通过的信号高频分量越多，那么就可以用更高的速率传送码元而不出现码间串扰。 (2) 信噪比 香农(Shannon)用信息论的理论推导出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限、无差错的信息传输速率。 信道的极限信息传输速率 C 可表达为 C = W log2(1+S/N) b/s W 为信道的带宽（以